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問題 1：如何能優(yōu)化投資和可用空間、避免UPS電源容量的浪費及能否做到“邊成長邊投資”問題
    通常情況下，用戶在設計采購方案時，需要考慮到未來的業(yè)務發(fā)展。例如，如果業(yè)務量
以每年 20%的速率增長，則 5 年后所有 IT 或通信設備的負載量將是第 1 年的 2.5 倍。所以，初采購時就要考慮到未來的需求。為了適應業(yè)務發(fā)展的終期目標，許多用戶采用“一次到位”的方式采購 UPS電源。從對UPS電源裝機運行 5-10 年的用戶的調查發(fā)現(xiàn)，用戶的設計容量（即UPS電源的購買容量）用戶設備的預計負載量以及用電設備的實際負載量之間存在著很大差異。、從一般平均情況來看，在首次裝機時預計負載量只是設計容量的 30%，而實際負載量又只是預計負載量的 30%。換句話說，在初裝機運行時，UPS電源的實際負載量僅為 9%左右。隨著業(yè)務的發(fā)展，用電設備逐年增加，在第 5 年時預計負載量增加到設計容量的 80%左右，而實際負載量只達到設計容量的 28%。
UPS電源配置容量與實際運行容量的統(tǒng)計數(shù)據如圖 1 所示。實際上，大容量UPS電源的用戶對系統(tǒng)可用性的要求非常高，幾乎全部使用冗余并機系統(tǒng)，所以實際的購買容量比上述的容量大 1.5 倍（3 臺并機，2+1 冗余）或 2 倍（2 臺并機，1+1 冗余）。從圖 1 中還可以看出，用戶在UPS電源容量上的投資，70%以上都被浪費了。事實說明，在大容量UPS電源供電系統(tǒng)的用戶中，這是一個普遍存在的問題。所以用戶提出是否有一種辦法可以解決這個問題，能否有一種能夠“邊成長邊投資”的方案。
圖 1：UPS電源配置容量與實際運行容量的統(tǒng)計數(shù)據
   問題 2：空間或稱占地面積的問題
   如何提高 IT 設備所占空間與其他基礎支撐設施所占空間的比例？對于部分UPS電源用戶（如遠離市區(qū)的工廠或 IDC 等）來說，空間根本不是問題。但對于那些位于商務區(qū)的數(shù)據中心機房和舊機房的擴容改造或者將其他辦公用房改造為機房的來說，基礎支撐設施所占據的空間是個令人頭痛的問題�；A支撐設施，通常指機械和電力基礎設施。機械設施通常包括IT 機房空調等，電力基礎設施包括發(fā)電機組、UPS電源系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、輸人開關柜和輸出配電柜等。隨著 IT 設備的小型化（刀片式服務器的出現(xiàn)就是一個例子），人們發(fā)現(xiàn) IT 設備的空間與基礎支撐設備的空間的比例有越來越小的趨勢，這使得用戶的心里感到不平衡--有一天是否會尷尬地發(fā)現(xiàn)：不能直接產生利潤的基礎設施競會比直接產生利潤的 IT 設備所占用的空間還大？有沒有一種方案能夠壓縮整個基礎支撐設施所占用的空間呢？
   問題 3：裝配速度問題
   市場瞬息萬變，對于企業(yè)來說，“快”是生存之道。構建一個數(shù)據中心，不僅電源系統(tǒng)的各個部件存在著交貨周期問題，而且方案設計、系統(tǒng)安裝等也需要時間。大型UPS電源系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、大型開關設備等需要很長的交貨周期，這一點已是人所共知。用戶必須提前 6個月購買這些系統(tǒng)和設備，若其中間環(huán)節(jié)稍有差遲，用戶的起用時間就會被推遲。在極端情況下，甚至出現(xiàn)當用戶啟用設備時市場已經變化，初的設計方案已經徹底過時。尤其是在近幾年來 IT 行業(yè)的蕭條時期，有些用戶必須提前 6 個月購買擬建中的數(shù)據中心的各種設備，6 個月后他們才發(fā)現(xiàn)到了一個進退兩難的境地，因為他們的項目已經因為后期資金的限制而被迫取消或縮減了規(guī)模。這樣，他們便被這些定購的設備困住了。
   通常情況下，因系統(tǒng)的進度及可用性要求的不同，數(shù)據中心的實際建設時間一般要 3-18個月不等。用戶希望能夠縮短從作出決定進行修建到實際建成并投人運行的時間。
   問題 4：服務合同的費用問題
   大型UPS電源系統(tǒng)及一些電力基礎設施的其他組成部分的復雜性，加上缺乏技術嫻熟、經驗豐富并經過高級培訓的技術人員，導致服務合同的費用居高不下。隨著系統(tǒng)使用年限的增加，用戶的運營費用不斷上升。更令用戶感到不平的是，服務費用都是按照UPS電源的裝機容量來報價的，盡管用戶實際只用到UPS電源容量的 70%以下甚至只有 10%。用戶非常希望能夠找到降低系統(tǒng)復雜性的途徑，以此來簡化所需要的服務并降低服務合同的費用。
   問題 5：投資風險問題
   針對UPS電源系統(tǒng)的投資，是否有靈活的退出策略？變幻莫測的市場環(huán)境，使所有企業(yè)的決策者對未來的業(yè)務的不確定性感到不安。這種對未來業(yè)務的不可知性，直接導致對 IT 設備及電力基礎設施投資的風險性。目前的電力基礎設施需要大量投資，但沒有可變通及靈活的退出策略。許多用戶都在試圖尋求能夠在項目啟動失敗時提供簡單而經濟的退出策略。
   除此之外，許多用戶都在租賃的辦公環(huán)境內辦公，數(shù)據中心的辦公室也在其內，而且通常在 2-5 年內就搬遷到新的辦公環(huán)境。對于當前的基礎設施而言，若要搬遷到其他地方．要么技術上不可行，要么將需要一筆很大的開支，因為現(xiàn)有的數(shù)據中心基礎設施并不能搬遷，而是需要重新購買。總之，用戶都希望能夠在各種情況下低成本地退出。
第 2 類問題--UPS電源系統(tǒng)的可適應性及可擴展性
   問題 6：系統(tǒng)和部件的標準化與規(guī)范化
如何降低系統(tǒng)的設計風險，這是當前 IT 機房設計和實施過程中普遍思慮的問題。目前大型UPS電源用戶的電力基礎設施變得越來越復雜，多種品牌型號的 UPS電源、輸人輸出開關裝置、信號及動力電纜的布線等，導致了大量的現(xiàn)場工程設計工作和設計方案的多樣性，大大地增加了用戶或技術顧問公司、設計院的負擔，顧問工程師會因為設計的復雜性和資源配置問題而承擔極大的風險。用戶和顧問公司都希望有一種方案能夠使所有部件標準化、規(guī)范化，這不僅可以降低設計和施工的工作量，還可以降低設計和組建的風險。
   問題 7：不可預測的功率密度問題
用電設備的功率密度，即單位體積內或單位面積內負載消耗的電功率，在隨著技術的發(fā)展而增大。舉例來說，五六年前，一臺典型的 IT 機柜內可以放 5~8 臺服務器，功率密度大約為每個機柜 1.0~1.5 kW。如今，隨著刀片式服務器的面市，在極端情況下每個機柜內負載量甚至可能達到 10kW。對于未來功率密度的增大速率和程度，盡管每個用戶都有自己的一套理論，但有一點是大家的共識，那就是功率密度將不斷增大且無法準確預見。這種情況對于規(guī)模相對較大的數(shù)據中心來說會帶來兩方面的問題：一是在 IT 設備因業(yè)務增長而追加設備的過程中，不同區(qū)域或不同機柜內的功率密度會變得不均衡，這樣會在數(shù)據中心內形成一些功率密度非常高的區(qū)域，從而會因大量熱損耗而引起局部溫升，即形成過熱點，這必然要對散熱設施提出更高的要求；第二方面的問題是，功率密度不均衡為設備的配電提出了挑戰(zhàn)。一個機柜如果安裝早期的服務器，也許只能容納 10 臺，即只需 10 個電源插座就夠了；現(xiàn)在，一個機柜能容納 40 個 1U 的服務器，即至少需要 40 個電源插座，將來這個數(shù)目還可能增加。顯然．對于UPS電源的配置也提出了更高的要求。所以用戶會提出這樣的疑問：電力基礎設施能否適應這種不斷變化而又無法預測的功率密度帶來的影響呢？
   問題 8：如何適應不斷變化的其他需求
技術革新通常每隔 1.5~3 年就發(fā)生一次，數(shù)據中心也不例外。隨著數(shù)據中心環(huán)境的變化，電力基礎設施和其他基礎設施都必須適應并滿足這些要求。機柜內的設備升級更換時會導致許多其他問題，諸如新舊設備的重量密度不同、安裝要求不同（如 DELL 公司的服務器不能安裝在 COMPAQ 公司機柜上）、單電源設備與雙電源設備對配電要求不同、交流設備與直流設備對配電要求也不同等。例如，某些服務器是雙電源供電的，這樣的服務器就不容易得到專為單電源服務器設計的基礎設施的支持，反之亦然。除此之外，UPS電源容量的擴展也是用戶十分關心的問題。UPS電源擴容時的問題主要有以下 3 個方面：是新舊UPS電源系統(tǒng)的兼容問題，如果新增加的UPS電源與現(xiàn)有的UPS電源的品牌不同甚至品牌相同而機型不同，都會增加額外的服務費用、增加操作難度并可能影響原系統(tǒng)的可靠性和可用性指標；第二是新擴容的UPS電源與現(xiàn)場環(huán)境的匹配問題，用戶擔心萬一初設計時不夠全面，那么在UPS電源擴容升級時會不會發(fā)生預留給新增UPS電源的空間不夠，改動輸人輸出布線是否需要改變房屋結構等新的問題；第三是UPS電源擴容升級過程中會不會被迫中斷現(xiàn)有業(yè)務。實際情況是為設備擴容而停業(yè)半天的情況時有發(fā)生，而他們的用戶似乎習以為常了。但是，現(xiàn)在的要求不同了，許多行業(yè)需要 24h 不間斷運行的業(yè)務，無論什么原因，哪怕是設備升級，中斷幾分鐘也將被視為重大事故，所以UPS電源用戶非常希望有一種不停電擴容的解決方案。
   問題 9：斷路器數(shù)量增加以及斷路器指標的離散性問題
在傳統(tǒng)的集中式UPS電源設計中，UPS電源和關鍵負載之間安置了許多斷路器，實際上每個斷路器都是一個單路徑故障點。許多用戶已經開始認識到斷路器這一單路徑故障點對關鍵負載的可靠性的重大影響，換句話說，每一個斷路器都是影響輸出業(yè)務的潛在隱患，所以斷路器
數(shù)量越多，關鍵負載可靠性就會越低。另外，相同指標而不同廠商的斷路器，其運行過程中
的實際動作穩(wěn)定值也存在著很大差異，例如一個標稱 20 A 的斷路器動作電流是 20 A，而另一個標稱 20 A 的斷路器動作電流可能只有 17 A，這在很大程度上影響了數(shù)據中心路保護機制。情況糟糕時，下游斷路器可能不會動作，而終導致上游的斷路器動作，結果發(fā)生大面積負載掉電的情況。用戶希望能夠減少UPS電源與負載之間的斷路器的數(shù)目以及使用更加標準化的斷路器。
第 3 類問題--如何提高UPS電源可用性
許多UPS電源廠商都開始重視UPS電源系統(tǒng)的可用性問題，常見的提高UPS電源可用性的技術是采用冗余技術和可熱插拔的模塊化設計。但是，當人們把目光從UPS電源本身移到整個電力基礎設施系統(tǒng)的時候就會發(fā)現(xiàn)，影響用戶設備供電的可用性的因素其實還有許多。
問題 10：操作人員人為操作失誤的問題
根據美國權威調查機構 UP TIME INSTITUTE 提供的信息 54%的宕機故障都是人為因素造成的。許多其他的組織也對這一數(shù)據進行了調查，有的估計值甚至高達 75%-80%。無論確切的百分比是多少，大家都一致認為造成宕機的首要原因是人為因素。其中，大部分是由于目前數(shù)據中心復雜性極高而又缺乏處理這類復雜系統(tǒng)的專業(yè)技術人員等原因造成的。除此之外，針對如此復雜的系統(tǒng)，對人員進行的培訓也遠遠沒有達到所需要的水平。眾所周知，那些執(zhí)行機要任務的飛行員和艦長們都經過上千小時的培訓性實踐，而且培訓初期都采用了模擬裝置，但是沒有一家企業(yè)對數(shù)據中心的管理人員的培訓能夠達到這種水平，而且他們往往只是自學式的在職培訓，再加上這些行業(yè)內的人員的高流動率，我們就很容易理解“人為因素”是宕機或可用性喪失的首要原因了。用戶非常希望得到一種能夠很容易減少人為因素
的解決方案。
問題 11：如何把UPS電源與關鍵負載之間的故障點減至少
許多造成關鍵負載宕機的故障發(fā)生在UPS電源與關鍵負載之間。過去，用戶通常在 UPS電源以及發(fā)電機之間引人冗余設備，從而提高UPS電源和發(fā)電機的可靠性，但是他們往往忽略終端配電一級的單路徑故障點，例如他們在UPS電源和關鍵負載之間設置多個斷路器，而且UPS電源和關鍵負載之間的距離很長。在調查過程中，我們經常發(fā)現(xiàn)UPS電源放置于地下室而負載放置于 5樓的情況，所以希望冗余設施距離負載能夠更近一些，并且減少UPS電源和關鍵負載之間的斷路器數(shù)量。
問題 12：減少大面積斷電的故障點
人們從不希望宕機事故的發(fā)生，但現(xiàn)實中不可能絕對不宕機，所以，一旦發(fā)生宕機便希望故障的影響能盡量局限在小范圍內。用戶在設計整個供電系統(tǒng)時往往會在集中式供電或分
布式供電這兩種方案中猶豫不決：集中式供電有許多優(yōu)點，但它有一個致命缺陷，那就是一旦UPS電源系統(tǒng)發(fā)生故障，所有設備均會因停電而宕機；分布式供電能夠解決大面積業(yè)務中斷
的危險，但是存在不易管理等缺點，用戶希望能夠消除并控制自己電源系統(tǒng)的故障。
問題 13 ：UPS電源對供電系統(tǒng)的諧波干擾問題
從表面上看來，UPS電源的諧波干擾并不會影響自身的可靠性，但是同一個供電系統(tǒng)中若接有多臺UPS電源時，每臺UPS電源都相當系統(tǒng)內部的一個干擾源。高次電流諧波都是無功的，是造成設備輸入功率因數(shù)低的重要原因。無功和諧波電流對供電系統(tǒng)的影響是多方面的，例如導致電網電壓畸變，嚴重干擾系統(tǒng)內和使用同一電網的其他用電設備，影響變壓器、發(fā)電機、電動機、電容器的正常運行，使其損耗增大、發(fā)熱、絕緣老化，縮短使用壽命，導致異步電機轉矩降低，振動加劇，噪聲增大，引起繼電保護自動裝置誤動作，導致計算機等精密電子設備運行不正常；對通信線路、測量線路產生輻射干擾，影響電能計量精度等；無功電流的存在必然增加電網容量和系統(tǒng)配置容量，增大能源損耗和運行成本，而附加的為了改善輸人功率因數(shù)和降低輸入電流的諧波成分的濾波器，不僅重量、體積和成本都顯著增大，還存在著電路發(fā)生振蕩的可能。諧波電流還是造成系統(tǒng)零地電壓差增大的主要原因，會影響計算機設備的正常運行，此時需要利用更粗的電纜和更好的接地系統(tǒng)來補償�？傊�，用戶希望能夠減少UPS電源產生的諧波干擾。
   問題 14：用戶內部以及用戶與廠商之間的信息共享問題
   目前，由于各種設備安裝的復雜性，在各種現(xiàn)場會碰到一些特別的問題，故障發(fā)生時對故障根源的分析變得非常困難。用戶反映基礎設施部件中存在太多的變化，希望能夠通過全
球統(tǒng)一標準的系統(tǒng)收集數(shù)據和比較結果以及規(guī)范校正和處理的措施。他們希望同一機構內不同場地的機房能夠使用同樣設備，從而使公司內不同部門的管理人員能夠相互共享管理經驗
及故障處理經驗，也希望UPS電源供應商能夠提供這些技術知識。
   第 4 類問題--UPS電源對供電系統(tǒng)的可管理性
   問題 15：UPS電源輸出的分路管理問題
   用戶對其數(shù)據中心內的分支電路的超載問題比較關心，主要原因是不斷有越來越多的設備插人系統(tǒng)中，導致分支電路的負載增加甚至過載，還有其他的原因比如授權的用戶和未受
權的用戶在輸出端插入用電設備，而該設備（非關鍵性設備）是根本不允許與關鍵電源及UPS電源輸出相連接的。分支線路過載時，斷路器就會動作，本支路內連接的機柜或所有設備
就會宕機。在極端情況下，會發(fā)生保護該過載分支電路的斷路器不動作而引起上游斷路器動作，這將使更多的機柜或更大范圍的設備發(fā)生宕機。用戶非常希望能夠獲得可管理的輸出，
以便能在上述故障發(fā)生之前得到報警。有些用戶甚至提出希望能夠控制配電插座上的每一個插孔。
   問題 16：監(jiān)控負載機柜的電源狀態(tài)
   機柜使用量大的用戶往往希望能有一些安裝在本地的顯示裝置以提醒維護操作人員可能發(fā)生的故障。目前要弄清楚每個機柜上的電源狀況是很困難的，但在有些情況下即使能夠
查看每個機柜上的電流，也需要通過遠程管理界面來查看。用戶希望能夠在巡查過程中看到每一個機柜的各個輸出插座的電流情況，從而查明設備是否在正確的范圍內工作。
   問題 17：線纜管理問題
   傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)工程設計施工，往往都把輸出配電柜安裝在高架地板上，并通過多個支
路把單相電源分配給各 IT 設備。隨著業(yè)務的發(fā)展，IT 設備不斷被追加安裝，機柜上的功率密度不斷增加，這就必須把更多的電纜連接到配電柜上。如果機柜使用 2N（雙總線）設計，機柜就需要有 A、B 兩路供電電纜。如果再考慮高密度服務器數(shù)量有進一步增加的趨勢（1U高度的服務器乃至刀片式服務器），在極端情況下，一個機架上甚至可以安裝 200 多個刀片式服務器，而所有這些服務器都需要 1 根或 2 根電源線及幾根網絡電纜，這樣就使數(shù)據中心的電纜數(shù)目大大增加，成為管理和宕機風險方面令數(shù)據中心的管理人員頭痛的問題。有時，用戶為了查找一根電源線的來源甚至要花幾十分鐘或一兩個小時。如何改變電纜的混亂狀況，改善電纜的管理水平呢？
   問題 18：預防性故障分析問題
   數(shù)據中心機房管理的重要內容之一是預防性故障分析。預防性的故障分析一直是數(shù)據中心電源系統(tǒng)難以實現(xiàn)的一個課題，用戶一直依賴勞動力密集的預防性維護操作、紅外線探測
等作為檢查核實潛在問題的方法，而這些乏味的重復性工作往往需要受過專業(yè)訓練、經驗豐富的工程師完成。用戶希望電源系統(tǒng)應該具備足夠的智能水平以及自我診斷能力，以便能夠
在故障實際發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)并排除這些潛在故障。
   第 5 類問題--可服務性
   問題 19：減少平均維修時間 MTTR 問題
   電源基礎設施的平均維修時間是指從故障發(fā)生、故障報警到管理員發(fā)現(xiàn)并判斷故障位置、原因，從而通過更換部件使系統(tǒng)恢復正常的平均時間。系統(tǒng)的易管理性是減少平均維修
時間的前題。然而很多用戶已經認識到，故障判斷后，部件的更換往往是減小平均維修時間的關鍵。許多供應商提供了響應時間的承諾，比如 4h 響應的承諾。供應商在多數(shù)情況下能
夠兌現(xiàn)承諾，服務工程師在 4h 內能趕到現(xiàn)場，但問題是趕到現(xiàn)場是一回事，是否攜帶了合適的備件又是另一回事。用戶經常會發(fā)現(xiàn)服務工程師因帶錯備件無功而返的情況。如果用戶
自身在裝機時同時購買常用部件，這種情況會有所改善，但用戶端的儲存條件又不能保證備件的“完好性”，另外，自備配件也會占據用戶寶貴的空間。總之，用戶希望能更準確地解
決故障和修復時間更短。
   問題 20：降低系統(tǒng)的復雜性問題
   目前的電力基礎設施是非常復雜的，基礎設施的許多子系統(tǒng)和各部件也同樣有越來越復雜的趨勢。在并機系統(tǒng)、多模塊UPS電源系統(tǒng)、負載總線同步裝置和大型近代開關等之間，要
迅速準確地判斷故障是非常困難的事情。比如，將系統(tǒng)轉人旁路狀態(tài)，對那些不十分熟悉現(xiàn)場的操作人員來說，簡直就是一種挑戰(zhàn)。系統(tǒng)的復雜性會帶來兩方面的影響：其一是系統(tǒng)越
復雜，操作人員和管理人員產生人為失誤的可能性就越大；其二是系統(tǒng)越復雜，系統(tǒng)發(fā)生故障時對故障進行定位診斷需要的時間越長，從而使修復時間加長。用戶非常希望能夠降低數(shù)
據中心基礎設施的復雜程度以及提高操作的容易程度。
   問題 21：帶電操作的問題
   帶電操作通常被認為是當前數(shù)據中心電源基礎設施中無法避免的一個弊端。目前許多數(shù)據中心的電源基礎設施中都采用了冗余技術，當多個冗余部件中的一個部件發(fā)生故障時并不
會給管理員帶來“恐慌”，真正給管理服務工程師帶來“恐慌”的是如何取出故障部件并更換新的部件。因為根據業(yè)務的需求，更換過程是不允許停機操作的，換句話說，這個過程需要帶電操作。帶電操作既對管理工程師的人身安全產生了威脅，同時也增大了操作失誤的機率，嚴重時還會引起關鍵設備宕機。所以，數(shù)據中心的管理人員希望能夠有一種可以減少電
力基礎設施中不得不實施帶電操作的方法，此外許多國家和地區(qū)的健康與安全法規(guī)都正在做出禁止帶電操作的規(guī)定。
   問題 22：供應商之間相互推諉問題
   目前由于系統(tǒng)的復雜性，數(shù)據中心的設計者和用戶要與越來越多的設備廠商打交道，各廠商的設備之間的配合以及各廠商的工程師與工程師之間的配合變得越來越復雜。當系統(tǒng)中的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，各廠商的工程師往往從自身利益角度出發(fā)而不是從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)來判斷、認定和解決問題。他們往往會自覺或不自覺地推卸責任。各方的工程管理人員往往在解決問題的現(xiàn)場會上唇槍舌戰(zhàn)，使本來復雜的問題變得更加復雜而難以解決。爭論的焦點往往會從解決問題、發(fā)現(xiàn)解決問題的方案本身轉移到發(fā)現(xiàn)其他設備的缺陷方面去。甚至有的用戶抱怨說，在這種情況下他們已經從一方職員變成一個必須善于斡旋的“政治家”。用戶非常希望能得到一種解決方案，它能減少或消除供應商之間的相互推諉。

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